(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レーザ光源と、第２レーザ光源とを含む複数のレーザ光源と、
目標の方向を特定するための情報を含む目標情報を取得する目標情報取得装置と、
前記複数のレーザ光源のそれぞれから出力されるレーザビームが前記目標に照射されるように、前記目標情報に基づいて制御信号を出力する制御装置と、
前記制御信号に応答して、前記複数のレーザ光源のそれぞれから出力されるレーザビームの照射方向を変える複数の指向装置であって、第１指向装置と第２指向装置とを含む複数の指向装置と
を備え、
前記第１指向装置は、前記制御信号に応答して、前記複数のレーザ光源のうち前記第１レーザ光源以外の光源から出力されるレーザビームの照射方向を変えることなく、前記第１レーザ光源から出力されるレーザビームの照射方向を変え、
前記第２指向装置は、前記制御信号に応答して、前記複数のレーザ光源のうち前記第２レーザ光源以外の光源から出力されるレーザビームの照射方向を変えることなく、前記第２レーザ光源から出力されるレーザビームの照射方向を変える
指向エネルギーシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の指向エネルギーシステムであって、
前記目標情報取得装置は、前記目標から反射、散乱または放射される光を観測する光学カメラを含み、
前記光学カメラは、前記観測された光に基づいて前記目標情報を生成する
指向エネルギーシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の指向エネルギーシステムであって、
前記光学カメラが前記観測する前記光は、前記目標から反射、散乱または放射される自然光を含む
指向エネルギーシステム。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の指向エネルギーシステムであって、
前記光学カメラが前記観測する前記光は、前記目標に照射された前記レーザビームの反射光及び散乱光を含む
指向エネルギーシステム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の指向エネルギーシステムであって、
前記目標情報取得装置は、前記目標を探索するレーダーを含む
指向エネルギーシステム。
【請求項６】
請求項５に記載の指向エネルギーシステムであって、
前記目標情報取得装置は、更に、前記目標から反射、散乱または放射される光を観測する光学カメラを含み、
前記光学カメラは、前記観測された光に基づいて前記目標情報を生成し、
前記制御装置は、まず、前記レーダーによって取得された前記目標情報に基づいて、前記複数の指向装置を制御し、
前記レーザビームが前記目標に照射された後、前記制御装置は、更に、前記光学カメラによって生成された前記目標情報に基づいて、前記複数の指向装置を制御する
指向エネルギーシステム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の指向エネルギーシステムであって、
前記目標情報取得装置は、前記目標情報を外部から受け取る通信装置を含む
指向エネルギーシステム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の指向エネルギーシステムであって、
前記目標の数は複数であり、
前記レーザビームは、複数の前記目標に対して同時に照射される
指向エネルギーシステム。
【請求項９】
第１エネルギー放射源と、第２エネルギー放射源とを含む複数のエネルギー放射源と、
目標の方向を特定するための情報を含む目標情報を取得する目標情報取得装置と、
前記複数のエネルギー放射源のそれぞれから出力されるエネルギー束が前記目標に照射されるように、前記目標情報に基づいて制御信号を出力する制御装置と、
前記制御信号に応答して前記複数のエネルギー放射源のそれぞれから出力されるエネルギー束の照射方向を変える複数の指向装置であって、第１指向装置と第２指向装置とを含む複数の指向装置と
を備え、
前記第１指向装置は、前記制御信号に応答して、前記複数のエネルギー放射源のうち前記第１エネルギー放射源以外の放射源から出力されるエネルギー束の照射方向を変えることなく、前記第１エネルギー放射源から出力されるエネルギー束の照射方向を変え、
前記第２指向装置は、前記制御信号に応答して、前記複数のエネルギー放射源のうち前記第２エネルギー放射源以外の放射源から出力されるエネルギー束の照射方向を変えることなく、前記第２エネルギー放射源から出力されるエネルギー束の照射方向を変える
指向エネルギーシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載の指向エネルギーシステムであって、
前記制御装置は、
前記複数の指向装置を制御して、前記複数のレーザ光源のそれぞれから出力されるレーザビームを１つの前記目標に向けて照射する制御と、
前記複数の指向装置を制御して、前記複数のレーザ光源のそれぞれから出力されるレーザビームを複数の前記目標に対して同時に照射する制御と
を選択的に実行可能である
指向エネルギーシステム。
【請求項１１】
第１レーザ光源、および、第２レーザ光源と、
目標の方向を特定するための情報を含む目標情報を取得する目標情報取得装置と、
前記第１レーザ光源、および、前記第２レーザ光源のそれぞれから出力されるレーザビームが前記目標に照射されるように、前記目標情報に基づいて制御信号を出力する制御装置と、
前記制御信号に応答して、前記第１レーザ光源から出力されるレーザビームの照射方向を変える第１指向装置と、
前記制御信号に応答して、前記第２レーザ光源から出力されるレーザビームの照射方向を変える第２指向装置と
を備え、
前記第１指向装置は、前記制御信号に応答して、前記第２レーザ光源から出力されるレーザビームの照射方向を変えることなく、前記第１レーザ光源から出力されるレーザビームの照射方向を変え、
前記第２指向装置は、前記制御信号に応答して、前記第１レーザ光源から出力されるレーザビームの照射方向を変えることなく、前記第２レーザ光源から出力されるレーザビームの照射方向を変える
指向エネルギーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標に向けてレーザビーム等のエネルギー束を照射する指向エネルギーシステム（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｙｓｔｅｍ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
指向エネルギーシステムは、エネルギー束を目標に向けて照射する。例えばレーザシステムの場合、レーザ光源から出力されたレーザビームが目標に照射される。ここで、単一のレーザ光源しか用いられない場合、高出力のレーザビームを実現することは困難である。そこで、高出力のレーザビームを実現するために、複数のレーザ光源を使用することが考えられる。
【０００３】
特許文献１（ＵＳ公開２０１０／０１４８０３３）には、複数のレーザ光源を用いたレーザシステムにおいて、レーザビームが目標に当たった後の制御方法が記載されている。より詳細には、ビーム識別部（ｂｅａｍ  ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ  ｍｏｄｕｌｅ）は、各レーザ光源によって生成されたレーザビームのパラメータをモニタする。更に、位置センサ（ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｏｒ）が、ビーム識別部によってモニタされたパラメータに基づいて、いずれかのレーザビームが目標を外れたかどうかを判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＵＳ公開２０１０／０１４８０３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の１つの目的は、複数のエネルギー放射源を使用する指向エネルギーシステムにおいて、それぞれのエネルギー放射源から出力されるエネルギー束を目標に当てるための好適な制御技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に、［発明を実施するための形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００７】
本発明の１つの観点において、指向エネルギーシステム（１）は、複数のレーザ光源（１０）と、複数の指向装置（２０）と、目標情報取得装置（３０）と、制御装置（４０）とを備える。複数の指向装置（２０）は、複数のレーザ光源（１０）のそれぞれから出力されるレーザビーム（１１）の照射方向を変える。目標情報取得装置（３０）は、目標（１００）の方向を特定するための情報を含む目標情報（ＴＡＲ）を取得する。制御装置（４０）は、複数のレーザ光源（１０）のそれぞれから出力されるレーザビーム（１１）が目標（１００）に照射されるように、目標情報（ＴＡＲ）に基づいて複数の指向装置（２０）を制御する。
【０００８】
本発明の他の観点において、指向エネルギーシステム（１）は、複数のエネルギー放射源（１１０）と、複数の指向装置（２０）と、目標情報取得装置（３０）と、制御装置（４０）とを備える。複数の指向装置（２０）は、複数のエネルギー放射源（１１０）のそれぞれから出力されるエネルギー束（１１１）の照射方向を変える。目標情報取得装置（３０）は、目標（１００）の方向を特定するための情報を含む目標情報（ＴＡＲ）を取得する。制御装置（４０）は、複数のエネルギー放射源（１１０）のそれぞれから出力されるエネルギー束（１１１）が目標（１００）に照射されるように、目標情報（ＴＡＲ）に基づいて複数の指向装置（２０）を制御する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数のエネルギー放射源を使用する指向エネルギーシステムにおいて、それぞれのエネルギー放射源から出力されるエネルギー束を目標に当てるための好適な制御が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る指向エネルギーシステムの構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る指向エネルギーシステムの構成を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る指向エネルギーシステムの第１の実施例を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る指向エネルギーシステムの第２の実施例を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る指向エネルギーシステムの第３の実施例を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る指向エネルギーシステムの第４の実施例を示す概略図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る指向エネルギーシステムの第１の変形例を示す概略図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態に係る指向エネルギーシステムの第１の変形例を示す概略図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係る指向エネルギーシステムの第２の変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
１．指向エネルギーシステム
１−１．構成
図１は、本実施の形態に係る指向エネルギーシステム１の構成を概略的に示している。本実施の形態に係る指向エネルギーシステム１は、複数のレーザ光源１０を備えており、それぞれのレーザ光源１０から出力されるレーザビーム１１を、少なくとも１つの目標１００に向けて照射する。より詳細には、指向エネルギーシステム１は、複数のレーザ光源１０、複数の指向装置２０、目標情報取得装置３０及び制御装置４０を備えている。
【００１３】
複数のレーザ光源１０は、それぞれ独立にレーザビーム１１を出力する。図１の例では、３個のレーザ光源１０−１〜１０−３が設けられており、それらレーザ光源１０−１〜１０−３がそれぞれ独立にレーザビーム１１−１〜１１−３を出力する。
【００１４】
各指向装置２０は、外部からの制御信号ＣＯＮに応じてレーザビーム１１の照射方向を変えることができるように構成されている。例えば、各指向装置２０は、レーザビーム１１を反射させる可動ミラーと、制御信号ＣＯＮに応じて可動ミラーを動かすミラー制御装置とを備えている。本実施の形態では、指向装置２０はレーザ光源１０毎に設けられている。図１の例では、３個の指向装置２０−１〜２０−３が設けられており、それら指向装置２０−１〜２０−３がそれぞれ独立に、レーザビーム１１−１〜１１−３の照射方向を変える。
【００１５】
目標情報取得装置３０は、少なくとも１つの目標１００に関する「目標情報ＴＡＲ」を取得する。ここで、目標情報ＴＡＲとは、目標１００の方向を特定するために必要な情報のことである。例えば、目標情報ＴＡＲは、目標１００を捉えたレーダーデータであってもよいし、目標１００の撮影画像であってもよい。また、目標情報ＴＡＲは、目標１００の位置座標そのものを示していてもよい。目標情報取得装置３０は、取得した目標情報ＴＡＲを、制御装置４０に送る。尚、「レーダーデータ」とは、レーダーが目標１００を捉えた場合に得られる目標１００の距離及び位置、或いはそれから得られる目標１００の座標を意味する。
【００１６】
制御装置４０は、典型的にはコンピュータである。この制御装置４０は、レーザ光源１０、指向装置２０、目標情報取得装置３０のそれぞれの動作を制御する。それら動作を制御するための信号が、制御信号ＣＯＮである。例えば、制御装置４０は、制御信号ＣＯＮをレーザ光源１０に出力し、レーザ光源１０のＯＮ／ＯＦＦやレーザビーム１１の各種パラメータを制御する。また、制御装置４０は、制御信号ＣＯＮを指向装置２０に出力し、指向装置２０のＯＮ／ＯＦＦや指向方向を制御する。また、制御装置４０は、制御信号ＣＯＮを目標情報取得装置３０に出力し、目標情報取得装置３０のＯＮ／ＯＦＦや装置特性を制御する。
【００１７】
特に、制御装置４０は、指向装置２０の指向方向を制御するにあたり、目標情報取得装置３０から送られてくる目標情報ＴＡＲを参照する。そして、制御装置４０は、複数のレーザ光源１０のそれぞれから出力されるレーザビーム１１が少なくとも１つの目標１００に照射されるように、目標情報ＴＡＲに基づいて複数の指向装置２０をそれぞれ独立に制御する。
【００１８】
目標情報取得装置３０の位置ベクトルｓ、指向装置２０の位置ベクトルｍ、及び目標１００の位置ベクトルｔを用いることにより、目標情報取得装置３０から見た指向装置２０への方向ベクトルｕは、“ｕ＝ｍ−ｓ”で表される。また、目標情報取得装置３０から見た目標１００への方向ベクトルｖは、“ｖ＝ｔ−ｓ”で表される。このとき、指向装置２０から見た目標１００への方向ベクトル、すなわち、指向装置２０による所望の指向方向は“ｔ−ｍ＝ｖ−ｕ”で表される。方向ベクトルｕは、指向装置２０と目標情報取得装置３０との位置関係により決まる。一方、方向ベクトルｖは、上述の目標情報ＴＡＲにより得られる。従って、制御装置４０は、目標情報ＴＡＲを参照することによって、指向方向が“ｖ−ｕ”になるように指向装置２０を制御することができる。
【００１９】
目標１００の数は、１つに限られず、複数であってもよい。図２は、複数の目標１００−Ａ、１００−Ｂに対してレーザビーム１１が照射される場合を示している。本実施の形態では、複数のレーザビーム１１−１〜１１−３のそれぞれに対して複数の指向装置２０−１〜２０−３が設けられているため、それら複数のレーザビーム１１−１〜１１−３の照射方向をそれぞれ独立に制御することができる。従って、複数のレーザビーム１１−１〜１１−３を、異なる複数の目標１００−Ａ、１００−Ｂに対して同時に照射することが可能である。尚、複数の目標１００に対して１つずつ順番に、複数のレーザビーム１１−１〜１１−３を照射することも可能である。
【００２０】
１−２．効果
本実施の形態によれば、複数のレーザ光源１０が用いられるため、単一のレーザ光源しか用いられない場合と比較して、より大きなエネルギーを目標１００に作用させることが可能となり、好適である。
【００２１】
ここで、比較例として、複数のレーザ光源のそれぞれから出力される複数のレーザビームを、結合器を用いることによって一本のレーザビームに束ねる場合を考える。この場合、高出力のレーザビームが得られるものの、システム構成が複雑となる。また、結合器にレーザビームを通す必要があり、そのことは、複数のレーザ光源の配置に制約を与える。すなわち、システムの設計自由度が劣化する。
【００２２】
一方、本実施の形態によれば、複数のレーザビーム１１のそれぞれに対して複数の指向装置２０が設けられており、それら複数の指向装置２０を制御することによって複数のレーザビーム１１を目標１００に照射することができる。すなわち、結合器を用いて複数のレーザビームを束ねることなく、高出力のレーザビームを目標１００に照射することができる。結合器が不要であるため、複数のレーザ光源１０の配置に対する制約は緩和される。すなわち、システムの設計自由度が向上する。
【００２３】
また、複数のレーザビーム１１のそれぞれに対して複数の指向装置２０が設けられていることは、それら複数のレーザビーム１１の照射方向をそれぞれ独立に制御することが可能となることを意味する。従って、図２で示されたように、複数のレーザビーム１１を異なる複数の目標１００に対して同時に照射することも可能である。
【００２４】
更に、本実施の形態によれば、制御装置４０は、指向装置２０の指向方向を制御するにあたり、目標情報取得装置３０から送られてくる目標情報ＴＡＲを参照する。そして、制御装置４０は、複数のレーザ光源１０のそれぞれから出力されるレーザビーム１１が少なくとも１つの目標１００に照射されるように、目標情報ＴＡＲに基づいて複数の指向装置２０を制御する。その結果、目標１００に対するレーザビーム１１の照射精度が著しく向上する。
【００２５】
尚、上述の特許文献１では、レーザビームが目標に当たった後の制御方法は記載されているものの、レーザビームをどのようにして目標に当てるかについては記載されていない。
【００２６】
本実施の形態に係る指向エネルギーシステム１は、例えば、レーザ兵器やレーザエネルギー伝送システムに適用される。
【００２７】
２．目標情報取得装置
以下、本実施の形態に係る指向エネルギーシステム１において用いられる目標情報取得装置３０の様々な例を説明する。
【００２８】
２−１．第１の実施例
図３は、第１の実施例を示している。第１の実施例では、目標情報取得装置３０は、レーダー３１と光学カメラ３２を含んでいる。
【００２９】
レーダー３１は、目標１００を探索する。そのレーダー探索の結果得られる情報が、目標情報ＴＡＲの少なくとも一部となる。
【００３０】
光学カメラ３２は、目標１００の少なくとも一部を含む領域を撮影する。その撮影の結果得られる情報が、目標情報ＴＡＲの少なくとも一部となる。より詳細には、光学カメラ３２は、目標１００から反射、散乱または放射される自然光を観測する。あるいは、光学カメラ３２は、目標１００に照射されたレーザビーム１１の反射光や散乱光を観測してもよい。あるいは、光学カメラ３２は、目標１００から反射、散乱または放射される自然光と、目標１００に照射されたレーザビーム１１の反射光や散乱光を観測してもよい。光学カメラ３２は、観測された光に基づいて、目標情報ＴＡＲを生成することができる。
【００３１】
例えば、観測した画像データを信号処理することにより、目標情報ＴＡＲを生成することができる。より詳細には、目標１００からの光を画像として観測し、画像の輝度分布から、目標１００の座標を求め、目標情報ＴＡＲを生成することができる。また、複数の波長で目標１００を観測した画像を画像処理することで、目標１００の座標を求め、目標情報ＴＡＲを生成することもできる。
【００３２】
レーダー３１は、捜索範囲は広いが目標観測精度は低いという特性を有する。一方、光学カメラ３２は、捜索範囲は狭いが目標観測精度は高いという特性を有する。従って、レーダー３１と光学カメラ３２を組み合わせることによって、より精密な制御が可能となる。
【００３３】
例えば、まずレーダー３１が目標１００を探索する。制御装置４０は、レーダー３１によって取得された目標情報ＴＡＲに基づいて、複数の指向装置２０を制御する。その結果、レーザビーム１１が目標１００に照射される。その後、制御装置４０は更に、光学カメラ３２によって生成された高精度な目標情報ＴＡＲを受け取る。そして、制御装置４０は、その高精度な目標情報ＴＡＲに基づいて複数の指向装置２０を制御し、それらの指向方向を微調整する。このようにして、精密な指向制御が可能となる。光学カメラ３２に基づく精密制御が開始したら、レーダー３１は他の目標１００の探索を開始してもよい。
【００３４】
尚、複数のレーザビーム１１のそれぞれを区別することも可能である。具体的には、制御装置４０は、対象レーザビーム１１の出力状態（ＯＮ／ＯＦＦ、パルス周期など）を変更する。光学カメラ３２によって観測されるレーザビーム１１の観測パターンは、対象レーザビーム１１の出力状態の変更前と変更後とで変化する。従って、制御装置４０は、光学カメラ３２によって生成された目標情報ＴＡＲに基づいて、目標１００上における対象レーザビーム１１の照射位置等を算出することができる。制御装置４０は、対象レーザビーム１１の照射位置を微調整するために、対応する指向装置２０の指向方向を制御してもよい。
【００３５】
２−２．第２の実施例
図４は、第２の実施例を示している。第２の実施例では、目標情報取得装置３０は、光学カメラ３２を含んでいる。光学カメラ３２は、第１の実施例と同じである。例えば、まず、光学カメラ３２は、目標１００から反射、散乱または放射される自然光を観測する。その観測結果を示す目標情報ＴＡＲに基づいて、制御装置４０は複数の指向装置２０を制御する。その結果、レーザビーム１１が目標１００に照射される。その後、目標１００に照射されたレーザビーム１１の反射光や散乱光の観測結果が、制御に用いられてもよい。
【００３６】
２−３．第３の実施例
図５は、第３の実施例を示している。第３の実施例では、目標情報取得装置３０は、レーダー３１を含んでいる。レーダー３１に基づく制御は、第１の実施例と同じである。
【００３７】
２−４．第４の実施例
図６は、第４の実施例を示している。第４の実施例では、目標情報取得装置３０は、通信装置３３を含んでいる。通信装置３３は、外部から目標情報ＴＡＲを受け取り、その目標情報ＴＡＲを制御装置４０に送る。例えば、目標情報ＴＡＲは、目標１００の位置座標そのものを示していてもよい。そのような目標情報ＴＡＲは、例えば目標１００そのものによって生成され、提供される。第４の実施例は、例えばレーザエネルギー伝送システムに適用可能である。
【００３８】
３．変形例
３−１．第１の変形例
図７及び図８は、指向エネルギーシステム１の第１の変形例を示している。第１の変形例では、ビーム調整器５０が、レーザ光源１０（レーザビーム１１）毎に設けられている。ビーム調整器５０は、制御装置４０からの制御信号ＣＯＮに応じて、レーザビーム１１の伝搬方法（拡がりなど）を調整する。これにより、レーザビーム１１を、目標１００に対するエネルギー照射以外にも利用可能となる。例えば、レーザビーム１１を、通信や目標１００の探索に利用することができる。図８に示されるように、複数のレーザビーム１１のうち一部だけが、通信や目標１００の探索に利用されてもよい。
【００３９】
３−２．第２の変形例
図９は、指向エネルギーシステム１の第２の変形例を示している。目標１００に照射されるのは、上述のようなレーザビーム１１に限られず、例えば電波であってもよい。より一般化すれば、エネルギー束（ｅｎｅｒｇｙ  ｆｌｕｘ）１１１が目標１００に照射される。図９に示されるように、指向エネルギーシステム１は、複数のエネルギー放射源１１０と、複数のエネルギー放射源１１０のそれぞれから出力されるエネルギー束１１１の照射方向を変える複数の指向装置２０と、目標情報取得装置３０と、制御装置４０とを備えている。目標情報取得装置３０や制御装置４０は、既出の例と同様である。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。
【符号の説明】
【００４１】
１    指向エネルギーシステム
１０    レーザ光源
１１    レーザビーム
２０    指向装置
３０    目標情報取得装置
３１    レーダー
３２    光学カメラ
３３    通信装置
４０    制御装置
５０    ビーム調整器
１００    目標
１１０    エネルギー放射源
１１１    エネルギー束
ＴＡＲ  目標情報
ＣＯＮ  制御信号
【図１】
0005832115.tif 000002
【図２】
0005832115.tif 000003
【図３】
0005832115.tif 000004
【図４】
0005832115.tif 000005
【図５】
0005832115.tif 000006
【図６】
0005832115.tif 000007
【図７】
0005832115.tif 000008
【図８】
0005832115.tif 000009
【図９】
0005832115.tif 000010